CN102554404A - 一种等离子切割电源的引导弧电流电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种等离子切割电源的引导弧电流电路，该电路采用了一种双电感叠加式电抗器，利用等离子切割弧电流主电路现有的电抗器铁芯，在等离子引导弧电流电路获得了和主电路双重叠加的电感，有效提高了引导弧电流电路的电感值，使等离子引导弧电流续流稳定，小电流状态下不断弧，用于触发引导弧的小电流高频弧，引弧瞬间在双重叠加的电感续流作用下，立即在割炬内部转变为等离子引导弧，即使高频弧熄灭后，等离子引导弧电流仍能保持恒定平稳，减少了高频干扰和高频放电触发的时间，提高了引弧成功率，快速把等离子引导弧转移成电流恒定的等离子切割弧。

Description

一种等离子切割电源的引导弧电流电路
所属技术领域
本发明涉及的是一种等离子切割电源，尤其是其中产生引导弧电流的电路。
背景技术
在现有技术中，等离子切割电源产生等离子引导弧电流的电路采用的是单电感续流结构。由于电感量较小，储存的电能不够大，在触发等离子引导弧的高频小电流过零或切断后，等离子引导弧会发生断弧，无法转移成正常等离子切割电弧。为了提高等离子引导弧电流的稳定性，需要采用增大切割弧主电路电抗器电感量的解决方案或者延长引导弧触发电路高频放电时间的解决方案。在上述第一种方案中，由于等离子引导弧电流很小，易断弧，等离子切割弧电流值是引导弧电流值3倍以上，为了提高小电流引导弧稳定性而增大主电路大电流电抗器电感量是不合理的，造成了主电路铁磁材料和导电体材料的浪费。在上述第二种方案中，高频放电强度的增大、高频放电时间的延长，都会带来更大的高频干扰，对人身和设备的安全造成损害。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种稳定性强、引弧成功率高、消耗铁磁材料和导电体材料低、减低高频干扰的等离子引导弧电流电路。
本发明采用的解决方案：
该等离子切割电源的引导弧电流电路包括逆变及整流电路(1)、引导弧及切割弧控制电路(2)、引导弧续流电路(3)。
所述的逆变及整流电路(1)，包括三相输入整流电路(13)、IGBT逆变桥式电路(12)、中频变压器(14)、FRD快恢复整流输出电路(15)，IGBT逆变桥式电路(12)输入端经三相输入整流电路(13)与三相输入电源连接，IGBT逆变桥式电路输出端接中频变压器(14)的初级绕组，中频变压器(14)的次级绕组接在FRD快恢复整流输出电路(15)，整流输出电路(15)的负极输出通过引导弧续流电路(3)接到割炬负电极(4)，整流输出电路(15)的正极输出通过引导弧及切割弧控制电路(2)、引导弧续流电路(3)接到割炬正电喷嘴(5)和被切割工件(6)上。构成具有下降外特性的等离子切割电源的等离子引导弧电流电路。
所述的引导弧及切割弧控制电路(2)，包括CGQ霍尔电流传感器(9)、引导弧开关电路(10)、逆变器导通宽度调节及电流反馈控制电路(11)。调节逆变器导通宽度及电流反馈的信号引出后接到逆变及整流电路(1)，进行闭环反馈控制。整流输出电路(15)的正极输出分成两路进入霍尔电流传感器(9)，第一路通过霍尔电流传感器(9)接到被切割工件(6)，第二路通过引导弧开关电路(10)、霍尔电流传感器(9)、引导弧续流电路(3)接到割炬正电喷嘴(5)。
所述的引导弧续流电路(3)，包括双电感叠加式电抗器(8)、割炬负电极(4)、割炬正电喷嘴(5)、引导弧触发电路(7)，双电感叠加式电抗器(8)的两组电感输出分别和割炬负电极(4)、割炬正电喷嘴(5)连接，引导弧触发器(7)的输出端直接与割炬负电极(4)、割炬正电喷嘴(5)连接。
所述的引导弧续流电路(3)设有双电感叠加式电抗器(8)，是由切割弧电流主电路现有的电抗器铁芯上绕制两组电感L1、L2构成，L1是只能流过25安培以下引导弧小电流的电感，用截面积较小的导体在铁芯上绕制70～90匝，电感量较大，达到2～3mh，L2是既能流过100安培以上切割弧大电流又能流过25安培以下引导弧小电流的电感，用截面积较大的导体在铁芯上绕制15～25匝，电感量较小，仅有0.1～0.3mh，电感L1和电感L2共用同一个口字形硅钢片组成的磁路，按照极性端同向的接法，两组电感L1、L2在共用铁芯磁体产生的磁通方向一致，在引导弧生成过程，电感L1和电感L2产生的磁通正向叠加，总电感量达到最大值L1+L2，作为以磁的形式储存电能的双电感叠加式电抗器，电感量越大储存电能也就越多，符合引导弧因电流小需要用大电感续流保持不断弧的条件，在引导弧转移成切割弧后，引导弧电流被引导弧开关电路(10)自动切断，电感L1停止工作，只留下单电感L2连接在切割弧电流主电路，回路电感值最小，符合切割弧因电流大仅用小电感就能够续流的条件，叠加的双电感为引导弧的形成提供了足够大的储能续流通路，保证等离子引导弧电流不断弧，当引导弧触发器(7)输出的高频弧小电流切断后，瞬间被触发的等离子引导弧电流仍能在割炬负电极(4)和正电喷嘴(5)之间空气隙形成的等离子体通道上流通，电流保持恒定平稳，最后形成电流恒定的等离子切割弧。
本发明由于在引导弧电流电路将单电感续流结构改变为双电感叠加续流结构，利用等离子切割弧电流主电路现有的电抗器铁芯，在等离子引导弧电流电路获得了和主电路双重叠加的电感，节约了铁磁材料和导电体材料。由于有了双重叠加的电感，有效提高了引导弧电流电路的电感值，能够使等离子引导弧电流续流稳定，小电流状态下不断弧。引弧瞬间，用于触发引导弧的小电流高频弧，能够在双重叠加的电感续流作用下立即在割炬内部转变为等离子引导弧，在整个引导弧电流产生过程中，即使高频弧熄灭后，等离子引导弧电流仍能保持恒定平稳，高频放电触发时间减少80％，减小了高频干扰、提高了引弧成功率，能够快速把引导弧转移成电流恒定的等离子切割弧。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的等离子引导弧电流电路图。
具体实施方式
图1给出了本发明的电路原理图。等离子切割电源的等离子引导弧电流电路包括三部分：逆变及整流输出电路(1)、引导弧及切割弧控制电路(2)、引导弧续流电路(3)。
所述的逆变及整流电路(1)，包括三相输入整流电路(13)、IGBT逆变桥式电路(12)、中频变压器(14)、FRD快恢复整流输出电路(15)，IGBT逆变桥式电路(12)输入端经三相输入整流电路(13)与三相输入电源连接，IGBT逆变桥式电路输出端接中频变压器(14)的初级绕组，中频变压器(14)的次级绕组接在FRD快恢复整流输出电路(15)，整流输出电路(15)的负极输出通过引导弧续流电路(3)接到割炬负电极(4)，整流输出电路(15)的正极输出通过引导弧及切割弧控制电路(2)、引导弧续流电路(3)接到割炬正电喷嘴(5)和被切割工件(6)上。构成具有下降外特性的等离子切割电源的等离子引导弧电流电路。
所述的引导弧及切割弧控制电路(2)，包括CGQ霍尔电流传感器(9)、引导弧开关电路(10)、逆变器导通宽度调节及电流反馈控制电路(11)。调节逆变器导通宽度及电流反馈的信号引出后接到逆变及整流电路(1)，进行闭环反馈控制。整流输出电路(15)的正极输出分成两路进入霍尔电流传感器(9)，第一路通过霍尔电流传感器(9)接到被切割工件(6)，第二路通过引导弧开关电路(10)、霍尔电流传感器(9)、引导弧续流电路(3)接到割炬正电喷嘴(5)。
所述的引导弧续流电路(3)，包括双电感叠加式电抗器(8)、割炬负电极(4)、割炬正电喷嘴(5)、引导弧触发电路(7)，双电感叠加式电抗器(8)的两组电感输出分别和割炬负电极(4)、割炬正电喷嘴(5)连接，引导弧触发器(7)的输出端直接与割炬负电极(4)、割炬正电喷嘴(5)连接。
所述的引导弧续流电路(3)设有双电感叠加式电抗器(8)，是由切割弧电流主电路现有的电抗器铁芯上绕制两组电感L1、L2构成，L1是只能流过25安培以下引导弧小电流的电感，用截面积较小的导体在铁芯上绕制70～90匝，电感量较大，达到2～3mh，L2是既能流过100安培以上切割弧大电流又能流过25安培以下引导弧小电流的电感，用截面积较大的导体在铁芯上绕制15～25匝，电感量较小，仅有0.1～0.3mh，电感L1和电感L2共用同一个口字形硅钢片组成的磁路，按照极性端同向的接法，两组电感L1、L2在共用铁芯磁体产生的磁通方向一致，在引导弧生成过程，电感L1和电感L2产生的磁通正向叠加，总电感量达到最大值L1-L2，作为以磁的形式储存电能的双电感叠加式电抗器，电感量越大储存电能也就越多，符合引导弧因电流小需要用大电感续流保持不断弧的条件，在引导弧转移成切割弧后，引导弧电流被引导弧开关电路(10)自动切断，电感L1停止工作，只留下单电感L2连接在切割弧电流主电路，回路电感值最小，符合切割弧因电流大仅用小电感就能够续流的条件，叠加的双电感为引导弧的形成提供了足够大的储能续流通路，保证等离子引导弧电流不断弧，当引导弧触发器(7)输出的高频弧小电流切断后，瞬间被触发的等离子引导弧电流仍能在割炬负电极(4)和正电喷嘴(5)之间空气隙形成的等离子体通道上流通，电流保持恒定平稳，最后形成电流恒定的等离子切割弧。
本发明由于在引导弧电流电路将单电感续流结构改变为双电感叠加续流结构，利用等离子切割弧电流主电路现有的电抗器铁芯，在等离子引导弧电流电路获得了和主电路双重叠加的电感，节约了铁磁材料和导电体材料。由于有了双重叠加的电感，有效提高了引导弧电流电路的电感值，能够使等离子引导弧电流续流稳定，小电流状态下不断弧。引弧瞬间，用于触发引导弧的小电流高频弧，能够在双重叠加的电感续流作用下立即在割炬内部转变为等离子引导弧，在整个引导弧电流产生过程中，即使高频弧熄灭后，等离子引导弧电流仍能保持恒定平稳，高频放电触发时间减少80％，减小了高频干扰、提高了引弧成功率，能够快速把引导弧转移成电流恒定的等离子切割弧。
具体实施时，逆变器导通宽度调节及电流反馈控制电路(11)完成等离子切割电源系统的闭环，使等离子切割电源和等离子引导弧电源成为恒流电源，电流反馈信号从CGQ霍尔电流传感器(9)输出获取。

Claims (2)

1.一种等离子切割电源的引导弧电流电路，其工作电路包括：逆变及整流电路(1)、引导弧及切割弧控制电路(2)、引导弧续流电路(3)，逆变及整流电路(1)的IGBT逆变桥式电路(12)输入端经三相输入整流电路(13)与三相输入电源连接，IGBT逆变桥式电路输出端接中频变压器(14)的初级绕组，引导弧及切割弧控制电路(2)设有调节IGBT逆变桥式电路导通宽度、进行闭环反馈的控制电路，中频变压器(14)的次级绕组接在FRD快恢复整流输出电路(15)，通过引导弧续流电路(3)，构成具有下降外特性的等离子切割电源的引导弧电流电路；
其特征在于：所述的引导弧续流电路(3)，包括双电感叠加式电抗器(8)、割炬负电极(4)、割炬正电喷嘴(5)、引导弧触发器(7)，双电感叠加式电抗器(8)的两组电感输出分别和割炬负电极(4)、割炬正电喷嘴(5)连接，引导弧触发器(7)的输出端直接与割炬负电极(4)、割炬正电喷嘴(5)连接。
2.根据权利要求1所述的等离子切割电源的引导弧电流电路，其特征在于：所述的引导弧续流电路(3)设有双电感叠加式电抗器(8)，是由切割弧电流主电路现有的电抗器铁芯上绕制两组电感L1、L2构成，L1是只能流过25安培以下引导弧小电流的电感，用截面积较小的导体在铁芯上绕制70～90匝，电感量较大，达到2～3mh，L2是既能流过100安培以上切割弧大电流又能流过25安培以下引导弧小电流的电感，用截面积较大的导体在铁芯上绕制15～25匝，电感量较小，仅有0.1～0.3mh，电感L1和电感L2共用同一个口字形硅钢片组成的磁路，按照极性端同向的接法，两组电感L1、L2在共用铁芯磁体产生的磁通方向一致，在引导弧生成过程，电感L1和电感L2产生的磁通正向叠加，总电感量达到最大值L1+L2，作为以磁的形式储存电能的双电感叠加式电抗器，电感量越大储存电能也就越多，符合引导弧因电流小需要用大电感续流保持不断弧的条件，在引导弧转移成切割弧后，引导弧电流被引导弧开关电路(10)自动切断，电感L1停止工作，只留下单电感L2连接在切割弧电流主电路，回路电感值最小，符合切割弧因电流大仅用小电感就能够续流的条件，叠加的双电感为引导弧的形成提供了足够大的储能续流通路，保证等离子引导弧电流不断弧，当引导弧触发器(7)输出的高频弧小电流切断后，瞬间被触发的等离子引导弧电流仍能在割炬带负电电极(4)和带正电喷嘴(5)之间空气隙形成的等离子体通道上流通，电流保持恒定平稳，最后形成电流恒定的等离子切割弧。
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